共識機制是什么？能解什么問題？_區塊鏈

共識機制就是確定達成某種共識和維護共識的方式。可以理解為不同的群體所尋求的共同的認識、價值、想法等，在某一個方面達成一致的意見。共識機制的發展史，代表著區塊鏈技術從1.0走向2.0以及更遠的未來。從某種程度上講，對于共識機制的突破與創新，直接決定了區塊鏈未來大規模商業化的應用。如果將去中心化的區塊鏈技術比作一個生命體，那么共識機制可以說就是它的生命之源。

共識機制是什么？

相信每一位對區塊鏈技術有所了解的人，都或多或少的了解過一個相關的理論——“拜占庭將軍問題”，甚至對于很多人而言，拜占庭將軍問題是很多人了解區塊鏈技術原理的“第一扇大門”。

“拜占庭將軍問題”源自著名圖靈獎得主萊斯利·蘭波特在其同名論文中提出的分布式對等網絡通信容錯問題。根據維基百科的解釋，拜占庭將軍問題即：

Stellar首席執行官：加密貨幣有不同類型的共識機制，有些更環保:金色財經報道，今日在美國國會的加密聽證會上，眾議員Rashida Tlaib詢問了比特幣的能源使用情況，指出加密貨幣行業“目前消耗的能源足以為一個小國提供動力”。Tlaib說，比特幣挖礦消耗的能源比阿根廷、蘋果、Facebook和微軟加起來還要多。對此，Stellar首席執行官Denelle Dixon指出，加密貨幣有不同類型的共識機制，它們使用更少的能源或可能更環保。Dixon指出了Marathon Digital在蒙大拿州的發電廠和Greenidge Generation的紐約礦場都是曾經關閉的燃煤發電廠被重新用于加密用途的例子。Dixon說：“我們都需要把精力集中在減少能源使用上。”[2021/12/9 12:59:34]

在分布式計算中，不同的計算機通過通訊交換信息達成共識，按照同一套協作策略行動。但有時候，系統中的成員計算機可能出錯而發送錯誤的信息，用于傳遞信息的通訊網絡也可能導致信息損壞，使得網絡中不同的成員關于全體協作的策略得出不同結論，從而破壞系統一致性。

Karura網絡發生首次搶先交易，Mangata正開發共識機制以預防此類攻擊:8月31日消息，波卡生態跨鏈去中心化交易平臺Mangata發文稱Karura網絡發生首次搶先交易并解釋交易細節，Mangata正在開發一種共識機制防止搶先交易和價值提取。8月25日，Mangata觀察到一筆搶先交易：攻擊者監測到一筆待處理的10萬枚kUSD兌換KSM的交易，考慮到Karura上的kUSD/KSM流動資金池僅有約600到700萬kUSD，預計這筆交易預計將推高KSM價格。其通過額外支付0.001KAR小費成功在這筆交易達成搶跑，用235kUSD兌換到0.7627KSM，并在兩個區塊后成功用0.7627KSM換回240.63kUSD（大額交易導致KSM價格上漲），以此在攻擊中獲利5.63kUSD，而攻擊成本僅為0.0066KAR（約0.05美元）。[2021/8/31 22:49:53]

拜占庭是古代東羅馬帝國的首都，由于當時帝國的國土幅員遼闊，為了達到防御的目的，因此每個軍隊都分散駐守，將軍與將軍之間只能依靠郵差進行通信。當戰爭的發生時，所有將軍需要達成一致的共識共同出擊才能取得成功，否則就會失敗。但是軍隊內部可能存在叛徒或間諜，因此將軍們需要一種機制保證所有的將軍都對進攻的時間有一個相同的認識，也就是——即使信使真的有奸細，而且他采用了任何他能想到的措施，其余忠誠的將軍也可以在不受叛徒的影響下達成一致的協議。

V神：沒說PoS是共識機制 只是說ETH2是共識升級:剛剛，針對推特網友所說“PoS不是一種共識機制，以太坊共識機制是中本聰共識”，V神回復稱，并沒有說PoS是一種共識機制，只是說ETH2是共識升級。的確，ETH2是基于Nakamoto中本鏈的PoW升級到Casper FFG共識算法+分叉規則LMD GHOST。[2020/11/12 12:24:24]

OK區塊鏈工程院認為，這是區塊鏈共識機制產生的根源所在，“共識”就是在一個由多方組成的系統中，在某一個步驟中讓一個系統中所有的節點對一個值達成一致。

也就是說，在區塊鏈系統中，每一個共識機制都需要回答下面的問題：

What——下一個區塊應包含哪些交易？

Who——下一個區塊應該由誰來生成？

When——下一個區塊應該何時產生？

動態 | IBM研究表明：PoW共識機制可以提高效率:據coindesk消息，科技巨頭研發部門IBM Research的科學家們聲稱已經找到了一種方法來重塑和組合包括PoW在內的區塊鏈架構，從而將他們所稱的文章作為能源效率，可擴展性和安全性的“最佳點”。他們的發現源于將PoW應用于一個非常不同的用例，即物聯網（IoT），并將在連接的設備中運行區塊鏈節點。 物聯網的效率可以定義為硬件資源和能源的最佳利用。因此，為了實現這一點，區塊鏈上的物聯網設備應該最佳地利用資源和能源來維護和推進區塊鏈。[2018/10/3]

Evolution——如何升級共識協議？

Immunity——如何解決交易歷史的競爭問題？

OK區塊鏈工程院認為，共識機制的目標就是找到這些問題的答案，并確保其健壯性以抵制攻擊者試圖獲得網絡的控制權。實際上，獲得控制就意味著獲得了單方面審查交易的能力。共識機制也應當能健壯地抵御攻擊者利用在不同計算機上的數據庫狀態中的臨時不一致性獲取好處。

以太坊新共識機制代碼準備接受審查:以太坊開發者上周五表示，用于更改以太坊共識機制的代碼已準備好接受審查。被稱為Hybrid Casper FFG的以太坊改進提案EIP 1011將邁出從能源密集型挖礦流程轉向更綠色的方式的第一步。[2018/4/23]

共識機制能解什么問題？

在回答“共識”究竟能解決什么問題之前，我們必須了解兩個在分布式系統中已經被證明的結論：CAP定理和FLP不可能性定理。

CAP定理指的是在一個分布式系統中，在Consistency、Availability、ParTITIontolerance中，最多只能實現兩點，不可三者兼得。

其中，一致性代要求在分布式系統中的所有數據，在同一時刻達到同樣的值，也就是說所有節點訪問同一分最新的數據副本；可用性要求，系統中部分節點出現故障以后，系統整體可以正常相應，不被故障節點影響；分區容錯性則要求，系統如果不能在時限內達成數據的一致性，就必須在C和A之間做出選擇。

FLP不可能性定理則是指，對于允許節點失效情況下，純粹異步系統無法確保一致性在有限時間內完成。

OK區塊鏈工程院認為，FLP不可能性定理已經證明，在一個異步網絡中我們永遠也達不成一致。而CAP定理，則讓我們在設計算法時所有傾向，是使用CP算法，還是AP算法。

共識算法本身可以描述為在某一個步驟中讓一個系統中所有的節點對一個值達成一致，即使系統中存在故障，我們也要忽略掉這些故障節點的噪音讓整個系統繼續正確運行，而問題的難點就在于在一個異步網絡中將這些噪音降到最小。

不得不談的去中心化

至此，我們可以清晰地看到一些區別所在：

在一個中心化的結構體系中，整個系統的共識可以由中心來決定，各個節點只需要接受中心所下達的“命令”即可，這也是中心化系統運作更加高效的原因所在。而在去中心的體系中，所有參與系統的節點是處于一個平等的地位，當節點之間出現分歧時，就需要依靠設計巧妙的共識機制來使其順利地運轉下去。

因此，共識機制也被很多人稱作是去中心化系統的核心靈魂所在，二者相輔相成、缺一不可。只有在保證去中心化的前提下共識才能保持一致，如果確保共識的節點數量較小或者受到中心化的控制，那么就很容易被攻擊。

在OK區塊鏈工程院看來，判斷一個協議是不是去中心化，需要看這個協議能不能在全部節點都永久性刪除后，僅依靠一個節點仍然能夠恢復過來正常運作。如同一個菌絲體借助單細胞就能恢復過來一樣。我們稱之為完全去中心化，但逃脫不了生物學界的一個事實，多細胞生物比單細胞生物更高級，即以損失一定程度的去中心化為代價。

其實，我們在討論一個項目是不是去中心化的時候，有所爭議的往往是此節。比如對于EOS這種DPOS共識機制是否是去中心化的爭論：

提問方問的是系統治理的去中心化程度，而回答者則回答其他兩者的去中心化程度。如此溝通如何達成一致？因此我們有對去中心化分層的必要，并從以下三個層面來理解去中心化：

首先是系統部署的去中心化。在現實世界中，基于docker等虛擬技術和運用這些技術的云計算平臺，以下三個問題往往很難拆分：

①系統有多少節點組成？

②部署在幾臺物理計算機中？

③分數多少個地區？

但是最終我們想實現系統部署去中心化的目的是一樣的，就是降低同一時間節點崩潰的數量，例如地震、海嘯、云平臺安全事件等。

其次是系統邏輯去中心化；在系統的運行流程中，這個系統是由一種角色組成？還是多種角色合作組成？或者說，是由一臺完整的單一設備組成，還是多種不同種類的設備組裝的小組？舉個例子，針對一個系統，我們在任意一個時刻，將系統分成2份，系統都能完整的獨立運行下去么？如果以后兩部分又合二為一了，系統還能正常運行么？

第三，系統治理去中心化；針對一個區塊鏈項目，有兩個重要的權限控制：系統修改權限和系統數據權限。針對系統修改權限，有多少個人或者組織，對組成系統的計算機擁有最終的控制權？針對系統數據權限，權限控制是否虧歸屬于每個個體？有多少涉及管理，查看非自身數據的權限？以及如何制定權利邊界？

目前區塊鏈技術已經發展到2020年了，從某種程度上來講，單純用“中心化”和“去中心化”無法準確的描述我們目前所用到的方案。

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